土卫二是一颗包裹着全球性海洋的冰冻外壳，在其南极附近，地壳裂缝正将水蒸气和冰粒喷射到太空中，活像一座从未收到室内管道通知的间歇泉。这些粒子让科学家无需钻穿数公里厚的冰层就能研究外星海洋，这很方便，因为没人有那么长的钻头。

包括东京科学大学地球生命科学研究所（ELSI）研究人员在内的一个国际团队，现已研究了这些海水从地表之下出发、最终变成太空中探测到的微小冰粒的过程中发生了什么。

2004年至2017年间，NASA卡西尼号飞船上的宇宙尘埃分析仪测量了土星E环中单个冰粒的组成，而E环不断得到土卫二喷发物质的补充。柏林自由大学Frank Postberg教授领导的团队检查了961个来自富盐颗粒（称为3型粒子）的质谱。如果这些颗粒只是同一海水的微小样本，科学家或许会预期它们含有大致相似的盐混合物。然而，有些颗粒特别富含氯化钠，另一些则含有更多碳酸盐、磷酸盐或氯化钾。一个尤其引人注目的模式是：氯离子和碳酸盐很少同时出现在同一个富钠颗粒中。

这引出了一个基本谜题。如果所有这些颗粒都来自同一片海洋，为什么它们的化学成分差异如此之大？这就像在行星科学中，在同一家餐厅点同样的汤，却每次得到截然不同的调味。

为了探究这个问题，ELSI的关根康人教授及其同事制作了含有土卫二海洋中可能存在的主要盐类的实验室液滴。研究人员在不同冷却条件下冻结了不同大小的液滴，然后研究了液滴凝固后化学元素的分布方式。结果表明，冻结速度起了主要作用。

在直径约200微米的液滴中，当冻结相对缓慢、速度约为每分钟10开尔文或更低时，盐分会分离到不同区域。当液滴冻结得更快时，其化学成分则保持均匀得多。

“令我们惊讶的是，卡西尼号看到的多样性可能来自基本上源自同一海水的液滴，”关根说。“我们的实验表明，当相对较大的海洋液滴缓慢冻结时，不同的盐可以在其中分离。如果这些冻结的液滴后来破裂，它们可以产生小得多的冰粒，每个冰粒的化学成分都大不相同。”

这些发现还可能揭示月球冰壳内部发生的一些情况。此前的研究通常假设，土卫二喷出的海水在离开海洋后不久就会迅速冻结并快速飞向太空。新实验指向另一种情景：液滴最初可能在地下喷口系统中移动得慢得多，沿着冰层裂缝中的复杂路径前进，然后才接近地表。

研究人员提出，海洋喷液首先形成大小从几十到几百微米不等的液滴。当这些液滴缓慢穿过喷口较深部分时，它们逐渐冻结，使盐分有足够时间分离到不同区域。靠近地表时，条件发生变化。气体开始更快移动，冻结的液滴可能高速撞上更狭窄的冰通道壁。这些碰撞可能将液滴破碎成小得多的碎片。每个碎片可能来自原始冻结液滴内不同的富盐区域，从而形成化学成分差异很大的颗粒。这些碎片随后可以逃逸到太空，成为土星E环的一部分。

“卡西